2. des indices de los suelos
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M I Araceli Aguilar Mora Geotecnia I
Geotecnia I
M. I. Araceli Aguilar MoraMayo 2011
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Facultad de Ingeniería
Maestría en Geotecnia
M I Araceli Aguilar Mora Geotecnia I
2.1 Estructura de los suelos gruesos
2.2 Estructura de los suelos finos
2.3 Relaciones volumétricas y gravimétricas
2. Propiedades índice de los suelos
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Estructura de los suelos
arreglo geométrico de sus partículas o granos minerales yde las fuerzas interpartículas que actúan entre ellas
es la disposición relativa de unas partículas respecto aotras, es decir la forma en que se agrupan las partículasindividuales
la forma de las partículas minerales son de importancia enel conocimiento mecánico
en los granulares la estructura la determina la forma de laspartículas, mientras que en los finos depende del tipo defuerzas que predominan
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La estructura de los suelos gruesos (gravas y arenas) es simple, esdecir, las partículas se apoyan unas sobre otras en forma continua
Las fuerzas que existen entre el contacto de las partículas, sedeben exclusivamente a la gravedad, o sea, que se deben al pesopropio
Determinada por
La compacidad relativa (grado de acomodo de suspartículas)
La graduación (se determina mediante la granulometría)
La forma y orientación de sus partículas
Estructura de los suelos gruesos
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Factores que influyen en el comportamiento de un suelo grueso:
Condiciones de drenaje (saturación, NAF, etc.), el efecto delagua sobre suelos gruesos es desfavorable, ya que disminuyen suresistencia al corte
Compacidad del suelo, un suelo compacto es mucho más útilque un suelo en estado suelto
Estratigrafía, capas horizontales que lo forman
Granulometría, tamaño de las partículas y la distribucióngranulométrica
Resistencia individual o dureza de los granos
Rugosidad de las partículas, se consideran dentro de ésta losmovimientos entre los granos
La forma y orientación de los granos
Estructura de los suelos gruesos
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Forma de los granos
• Las partículas pueden ser desde angulosas hasta redondeadas,
existiendo también tipos intermedios
•La forma característica es la equidimensional, en la que las tres
dimensiones de la partícula son comparables
• Se origina por los agentes mecánicos desintegradores, puesto
que éstos no actúan con preferencia por ninguna dirección en especial, su
producto final tiende a la forma esférica. A veces existen efectos que
representan alguna acción que se ejerce preferentemente en una
dirección determinada (redondeadas en gravas y arenas)
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2.2. Estructura de un suelo fino
La forma de sus componentes tiende a ser aplastada, por lo que los mineralestienen una forma laminar (dos dimensiones son más grande que la tercera)
Las fuerzas que controlan su comportamiento son desarrolladas en susuperficie, (la relación entre el área de su superficie y su peso alcanza valoresde consideración) tomando mucha significación las fuerzas electromagnéticas
Las fuerzas superficiales son desarrolladas por tres tipos de uniones:
Lazos ionicos.- se desarrollan entre los átomos para equilibrar la faltade electrones en sus orbitas exteriores, así los átomos que seden un electrón(cationes) y los que ganan uno (aniones)
Fuerzas de Van der Waal.- se desarrollan entre las moléculas queforman los cristales mineralógicos de las arcillas
Ligas de hidrógeno.- se desarrollan en la capa de agua adsorbida
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Estructura más comunes de un suelo fino
DispersaPanaloide Floculenta
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Estructura de un suelo fino
Las arcillas están formadas en su mayorparte por partículas que formanestructuras panaloides; éstas al unirse asu vez componen las estructurasfloculentas
Las partículas presentan entre sifenómenos de atracción que se debenprincipalmente a cargas negativas en susuperficie
Cuando las partículas están en contactocon el agua se equilibran su cargas , larepulsión de las partículas disminuye alaumentar la concentración de sales en elagua, por lo que las floculaciones son másfrecuentes en arcillas de origen marino
Cuando dominan fuerzas de
atracción eléctrica, se produce
floculación y cuando dominan las de
repulsión, y las partículas se separan
= dispersión
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Estructura de un suelo fino
Cuando no se presenta la
floculación, las partículas de las
arcillas quedan suspendidas o
dispersas, por lo que las
estructuras floculentas son más
compresibles que las no
floculentas
A nivel macroestructura su
comportamiento se ve afectado
por la estratigrafía, la existencia
de grietas o fracturas y la
existencia de lentes permeables
de arena o limos
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2.3 Relaciones volumétricas y gravimétricas
Para entender el comportamiento de los suelos es necesario
analizar ciertas propiedades que funcionan como un índice, es
decir que proporcionan una idea del comportamiento del
material en comparación con otro
por ejemplo la cantidad de agua en su interior, su densidad,
etc.
un suelo comparativamente más húmedo que otro podría
presentar menor resistencia o mayor deformabilidad que aquél
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Diagrama de fases del suelo
En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa
La fase sólida está formada por las partículas minerales de suelo; la líquida por el agua; la fase gaseosa comprende sobre todo el aire
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Diagrama de fases del suelo
Un suelo es totalmente saturadocuando todos sus vacíos están ocupados por agua. Un suelo en tal circunstancia consta de dosfases, la sólida y la líquida. Muchos suelos yacientes bajo el nivel freático son totalmente saturados
Se define como estado seco de un suelo al que se obtiene tras someterlo a un proceso de evaporación al horno, con
temperatura de 105 a 110 ºC, durante un tiempo de 24 horas
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Fase líquida
Fase gaseosa
Fase sólida
Volumen de vacíos
Volumen de sólidos
Volumen de la muestra
Agua
SólidosVolumen de sólidos
Fase liquida
Fase sólida
AireVolumen de vacíos
Fase gaseosa
Diagrama de fases del suelo
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Vm
Agua
Sólidos
Vw
Vs
Ww
Ws
Wm
AireVa
Vv
Wa ≈ 0
Vm = Volumen total de la muestra
Vs = Volumen de la fase sólida de la muestra
Vv = Volumen de los vacíos de la muestra de suelo
Vw = Volumen de la fase líquida contenida en la muestra
Va = Volumen de la fase gaseosa de la muestra
Wm = Peso total de la muestra
Ws = Peso de la fase sólida de la muestra
Ww = Peso de la fase líquida contenida en la muestra
Wa = Peso de la fase gaseosa de la muestra, convencionalmente considerado como nulo en mecánica de suelos
Esquema de una muestra de suelo, para indicación de los símbolos usados
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Temperatura γw Temperatura γwo C g/cm 3 o C g/cm 3
15 1.0000 24 0.997316 1.0000 25 0.997117 0.9999 26 0.996818 0.9999 27 0.996519 0.9998 28 0.996320 0.9982 29 0.996021 0.9980 30 0.995722 0.997823 0.9976
En mecánica de suelos se relaciona el peso de las distintas fases con susvolúmenes correspondientes, por medio del concepto de peso específico(relación entre el peso de la sustancia y su volumen)
γo= Peso específico del agua destilada, a 4°C y a la presión atmosféricacorrespondiente al nivel del mar
γw= Peso específico del agua en las condiciones reales de trabajo
γm= Peso específico de la masa de suelo
Relaciones de peso y volumen
Peso específico del agua con la temperatura
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Se define como la relación entre el peso específico de una sustancia y elpeso específico del agua, a 4 °C, destilada y sujeta a una atmósfera depresión
00 γγγ
VmWmSm == m
Ss= Peso específico relativo de la fase sólida del suelo.
00 γγγ
VsWsSs == s
El peso específico relativo
Sm= Peso específico relativo de la masa del suelo.
mas usual en la práctica
Densidad de sólidos
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Relaciones fundamentales
Estas relaciones son muy importantes, para el manejo comprensible de lamecánica de suelos y un completo dominio de su significado y sentido físico
Teóricamente
Relación de vacíos, oquedad o índice de poros:
la relación entre el volumen de vacíos y el de
los sólidos de un suelo VsVve =
Vv = 0 e = 0
Espacio vacío e = ∞
Práctica Arenas compactas e = 0.25
Arcillas compresibles e = 15
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100xVmVvn =
Relaciones fundamentales
Porosidad: la relación entre su volumen
de vacíos y el volumen de su masa
Teóricamente Vv = 0 n = 0 %
Espacio vacío n = 100 %
Práctica 25 < n < 95 %
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Relaciones fundamentales
Agua
Sólidos
Aire
Grado de saturación de un suelo
relación entre su volumen de
agua y el volumen de sus vacíos
100xVvVwGw =
0% < Gw < 100%
Parcialmentesaturado
Agua
Sólidos
Gw = 100%
saturado
Sólidos
Aire
Gw = 0%
seco
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Contenido de agua o humedad de
un suelo: relación entre el peso de
agua contenida en el mismo y el
peso de su fase sólida
Relaciones fundamentales
100xWsWww =
Teóricamente Entre cero e infinito
PrácticaArcillas japonesas 1200 a 1400 %
Arcillas cd. México 300 a 500 %
Otras arcillas < 100%
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Grado de saturación de aire es una
magnitud de escasa importancia
práctica, respecto a a las relaciones
anteriores
(De poco uso en la práctica)
Relaciones fundamentales
100xVvVaGa =
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Peso específico seco y saturado
VmWs
d =γVm
WwWssat
+=γ
γd = Peso específico seco γsat = Peso específico saturado
Agua
SólidosSólidos
Aire
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Suelos sumergidos
La presión hidrostática ejerce influencia en los pesos, tanto específicos como específicos relativos.
1SS s's −= 1SS m
'm −=
os''
s sS γγγγ −== o om
''m m
S γγγγ −== o
Peso específico relativo de la fase sólida sumergida
Peso específico relativo de la muestra sumergida